JPS62219679A - Control method of wavelength of semiconductor laser - Google Patents
Control method of wavelength of semiconductor laserInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
（概 要）
本発明は、半導体レーザの波長制御方法において、上記
半導体レーザのモードホップおよびそのモードホップの
持つヒステリシス特性による波長変動等を避けて、安定
した波長の光を得るために、上記半導体レーザの温度を
自由に設定できるようにし、所定の設定温度よりも一旦
低く、もしくは高（してから、その後に上記設定温度に
移行するようにしたものである。Detailed Description of the Invention (Summary) The present invention provides a method for controlling the wavelength of a semiconductor laser, which avoids mode hops of the semiconductor laser and wavelength fluctuations due to the hysteresis characteristics of the mode hops, and produces light of a stable wavelength. In order to obtain this, the temperature of the semiconductor laser can be set freely, and the temperature is set lower or higher than a predetermined set temperature, and then the temperature is shifted to the set temperature.
本発明は、半導体レーザの波長制御方法、特には半導体
レーザの温度を制御することにより波長を制御する方法
に関する。The present invention relates to a method for controlling the wavelength of a semiconductor laser, and particularly to a method for controlling the wavelength by controlling the temperature of a semiconductor laser.
一般には、半導体レーザの出力光を集束光や平行光等に
変換するためには、ガラス製の光学レンズが使用されて
いる。この種の光学レンズは、上記半導体レーザにおけ
るモードホップによる波長変動はあまり問題にならない
が、光軸等の調整が面倒である上に、高価格であり、ま
た大型で重いという問題がある。Generally, a glass optical lens is used to convert the output light of a semiconductor laser into focused light, parallel light, or the like. With this type of optical lens, wavelength fluctuations due to mode hops in the semiconductor laser do not pose much of a problem, but there are problems in that it is troublesome to adjust the optical axis, etc., is expensive, and is large and heavy.
そこで昨今、上記光学レンズの代わりに、低価格で小型
、軽量のホログラフィック光学素子でレンズを構成しく
例えばホログラムスキャナ中のホログラムや、コリメー
トレンズもしくは対物レンズ用のホログラムレンズ等）
、その再生光源として半導体レーザを用いようという試
みがなされている。Therefore, recently, instead of the above-mentioned optical lenses, lenses have been constructed using low-cost, small, and lightweight holographic optical elements (for example, holograms in hologram scanners, collimating lenses, hologram lenses for objective lenses, etc.)
Attempts have been made to use a semiconductor laser as a reproduction light source.
上記ホログラフィック光学素子は、光の波長に対して非
常に敏感であるため、一旦半導体レーザとの光学系が調
整された後は、レーザ光の波長が１モード（通常０．３
ｎｍ程度）と言えども初期設定値からずれると、回折角
が大きく変化するという、特性上の劣化が生じる。The above-mentioned holographic optical element is very sensitive to the wavelength of light, so once the optical system with the semiconductor laser is adjusted, the wavelength of the laser light is 1 mode (usually 0.3
If it deviates from the initial setting value, even if it is on the order of nm), the diffraction angle will change significantly, resulting in deterioration in characteristics.
一方、半導体レーザは、その温度や電流によってモード
ホップを生じる。第４図は、通常用いられている屈折率
導波型半導体レーザの縦モードのホップを示したもので
あり、同図に示すように、隣りモードまでホップすると
波長は約０．３ｎｍ変化する。このようなモードホップ
は、温度変化による影響が特に大きく、例えば第５図に
示すように大きく変化する。On the other hand, semiconductor lasers produce mode hops depending on their temperature and current. FIG. 4 shows the hop of the longitudinal mode of a commonly used refractive index guided semiconductor laser. As shown in the figure, when the mode hops to an adjacent mode, the wavelength changes by about 0.3 nm. Such mode hops are particularly affected by temperature changes, and for example, change greatly as shown in FIG.
更に、第５図において特に注目したいのは、温度の上昇
時と下降時とではモードの変化する経路が異なり（同図
中、実線は温度上昇時の経路、破線は温度下降時の経路
を示す）、一種のヒステリシスループを形成することで
ある。従って、１つの温度に対して２つのモードが存在
する場合があり、例えば温度を１７℃に設定しようとし
ても、その設定温度と設定以前の初期温度との関係で、
モード番号が５もしくは６となって１つのモードに定ま
らないということになる。なお、第５図では、モードが
同一でも微小な波長変化は存在するが、これは問題とな
らないため、図示していない。Furthermore, what is particularly noteworthy in Figure 5 is that the mode changes paths are different when the temperature rises and when the temperature falls (in the figure, the solid line shows the path when the temperature rises, and the broken line shows the path when the temperature falls). ), forming a kind of hysteresis loop. Therefore, there may be two modes for one temperature. For example, even if you try to set the temperature to 17°C, depending on the relationship between the set temperature and the initial temperature before setting,
This means that the mode number is 5 or 6, meaning that it is not fixed to one mode. In FIG. 5, there is a slight wavelength change even if the modes are the same, but this is not shown because it does not pose a problem.
以上のように、ホログラフィック光学素子および半導体
レーザはそれぞれ独自の特性を持っているが、従来にお
いては半導体レーザの波長を安定化するための適切な手
段がとられておらず、そのためホログラフィック光学素
子の特性が上述したように劣化してしまうという問題が
あった。As mentioned above, holographic optical elements and semiconductor lasers each have their own unique characteristics, but in the past, appropriate measures have not been taken to stabilize the wavelength of semiconductor lasers, and therefore holographic optical elements and semiconductor lasers have their own unique characteristics. There was a problem in that the characteristics of the element deteriorated as described above.
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、半導体レーザの上
記モードホップおよびそのヒステリシス特性を考慮し、
同一のモード（波長）を安定して得ることのできる、上
記半導体レーザの波長制御方法を提供することを目的と
する。In view of the above conventional problems, the present invention takes into account the mode hop of a semiconductor laser and its hysteresis characteristics,
It is an object of the present invention to provide a method for controlling the wavelength of the semiconductor laser described above, which can stably obtain the same mode (wavelength).
本発明は、上記目的を達成するために、半導体レーザの
温度を自由に設定できるようにし、その温度設定の際は
、まず所定の設定温度よりも一旦低い温度もしくは高い
温度にし、その後上記設定温度まで移行するようにした
ものである。In order to achieve the above object, the present invention makes it possible to freely set the temperature of a semiconductor laser, and when setting the temperature, the temperature is first lowered or higher than a predetermined set temperature, and then the temperature is set at a temperature higher than a predetermined set temperature. It was designed to move up to.
半導体レーザの温度を一定に設定しておけば、モードホ
ップによる波長変動が生じず、上記設定温度と対応する
一定の波長が得られる。しかも、その温度設定の際に、
設定温度よりも一旦低い温度にしてから、その後上記設
定温度まで上げるようにすれば、その設定温度に達する
までの前記ヒステリシスにおける経路がいずれか一方向
に限定されるため、上記設定温度に達した時には必ず同
一のモード（波長）になる。上記温度設定の際には、上
記とは逆に設定温度よりも一旦高い温度にしておいて、
その後設定温度まで下げるようにしても、上記と同様に
設定温度におけるモードは１つに限定される。If the temperature of the semiconductor laser is set constant, wavelength fluctuations due to mode hopping will not occur, and a constant wavelength corresponding to the above-mentioned set temperature can be obtained. Moreover, when setting the temperature,
If the temperature is once lower than the set temperature and then raised to the set temperature, the path in the hysteresis until the set temperature is reached is limited to one direction, so that the set temperature is not reached. Sometimes they are always in the same mode (wavelength). When setting the temperature above, contrary to the above, first set the temperature higher than the set temperature,
Even if the temperature is subsequently lowered to the set temperature, the number of modes at the set temperature is limited to one, as described above.
従って、上記のように温度を制御することにより、半導
体レーザの持つモードホップやヒステリシスの影響を避
けることができ、同一のモードを安定して得ることがで
きる。Therefore, by controlling the temperature as described above, the influence of mode hops and hysteresis of semiconductor lasers can be avoided, and the same mode can be stably obtained.
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説
明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第１図は、ホログラムレンズＩ（の再生用光源として使
用された半導体レーザＬ Ｄに対して適用した本発明の
一実施例を示す概略構成図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of the present invention applied to a semiconductor laser LD used as a light source for reproduction of a hologram lens I.
同図において、半導体レーザＬＤを熱伝導性の良い平板
状のプロ７り１上に固定し、発熱・冷却手段としての例
えばベルチェ素子２を上記ブロック１の下面に密着固定
する。なお、ベルチェ素子２には放熱フィン３を取付け
、またブロック１の内部には半導体レーザＬＤの温度を
検知するための手段として例えばサーミスタ４を設ける
。In the figure, a semiconductor laser LD is fixed on a flat plate-like plate 7 having good thermal conductivity, and a Vertier element 2, for example, as a heat generating/cooling means is closely fixed to the lower surface of the block 1. Note that a radiation fin 3 is attached to the Bertier element 2, and a thermistor 4, for example, is provided inside the block 1 as a means for detecting the temperature of the semiconductor laser LD.
タイマ回路５は一般的なタイマ回路であって、電源スィ
ッチが投入されると、これを切っ掛けとしてタイマ動作
を開始し、一定時間経過後にタイムアンプするものであ
る。温度設定回路６では、半導体レーザＬＤの所望の温
度を設定でき、上記サーミスタ４からの温度検知信号と
タイマ回路５からのタイムアンプ信号とに基づいた温度
設定信号を出力するようになっている。温度制御回路７
は、温度設定回路６の上記温度設定信号に基づき、上記
ベルチェ素子２を発熱・冷却させて、半導体レーザＬＤ
の温度を上昇・下降させる一般的な回路である。The timer circuit 5 is a general timer circuit, and when a power switch is turned on, it starts a timer operation using this as a trigger, and performs a time amplification after a certain period of time has elapsed. The temperature setting circuit 6 can set a desired temperature of the semiconductor laser LD, and outputs a temperature setting signal based on the temperature detection signal from the thermistor 4 and the time amplifier signal from the timer circuit 5. Temperature control circuit 7
Based on the temperature setting signal of the temperature setting circuit 6, the Bertier element 2 is caused to generate heat and cool down, and the semiconductor laser LD
This is a general circuit that raises and lowers the temperature of
次に、上記構成における動作を、第３図に基づいて説明
する。まず、半導体レーザＬＤのモード（波長）を設定
する際は、例えば第５図等を参考にして、所望のモード
と対応する温度（Ｔｏ）を温度設定回路６で設定する。Next, the operation of the above configuration will be explained based on FIG. 3. First, when setting the mode (wavelength) of the semiconductor laser LD, the temperature (To) corresponding to the desired mode is set in the temperature setting circuit 6, with reference to, for example, FIG.
そして、上記電源スィッチが投入されるとタイマ回路５
が動作を開始し、この動作中温度設定回路６は、半導体
レーザＬＤの温度を上記設定温度（Ｔｏ）以下の温度（
Ｔ１）にするための信号を温度制御回路７に送る。する
と温度制御回路７は、上記信号に基づきベルチェ素子２
を動作させ、半導体レーザＬＤの温度を上記温度（ＴＩ
）にする。When the power switch is turned on, the timer circuit 5
starts operating, and during this operation, the temperature setting circuit 6 sets the temperature of the semiconductor laser LD to a temperature below the set temperature (To).
T1) is sent to the temperature control circuit 7. Then, the temperature control circuit 7 controls the Bertier element 2 based on the above signal.
is operated, and the temperature of the semiconductor laser LD is set to the above temperature (TI
).
上記電源スインチ投入後一定時間（ｔｏ）経過してタイ
マ回路５がタイムアツプすると、温度設定回路６は半導
体レーザＬＤの温度を上記設定温度（Ｔｏ）まで上げる
ための信号を温度制御回路７に送り続ける。このことに
より、半導体レーザＬＤは設定温度（Ｔａ）になり、所
望のモードを安定して得ることができる。なおこの時、
常に第５図に示したヒステリシスの一方向（この場合は
上昇方向）から設定温度に達するため、１つのモードに
限定される。例えばＴｏ＝１７℃、Ｔ＋＝１０°Ｃとし
たときは、最終的に得られるモード番号は５となり、６
になることはない。よって、第１図におけるホログラム
レンズＨに対しては半導体レーザＬＤから常に同一の波
長を持つ光が入射するので、その回折角が変化すること
はなく、良好な特性を得ることができる。When the timer circuit 5 times out after a certain period of time (to) has elapsed after the power switch is turned on, the temperature setting circuit 6 continues to send a signal to the temperature control circuit 7 to raise the temperature of the semiconductor laser LD to the set temperature (To). . As a result, the semiconductor laser LD reaches the set temperature (Ta), and a desired mode can be stably obtained. Furthermore, at this time,
Since the set temperature is always reached from one direction of the hysteresis shown in FIG. 5 (in this case, the rising direction), it is limited to one mode. For example, when To=17℃ and T+=10℃, the final mode number obtained is 5 and 6.
It will never become. Therefore, since light having the same wavelength is always incident on the hologram lens H in FIG. 1 from the semiconductor laser LD, its diffraction angle does not change, and good characteristics can be obtained.
次に、上述したタイマ回路５および温度設定回路６の具
体的な回路構成の一例を第２図に示した。Next, an example of a specific circuit configuration of the above-mentioned timer circuit 5 and temperature setting circuit 6 is shown in FIG.
同図において、電源スィッチＳがオンされると、タイマ
回路５内の抵抗５ａおよびコンデンサ５ｂにより充電が
開始される。この充電期間中は、バッファ５ｃによって
リレー５ｄが駆動され、そのスイッチ部６ｅが閉じてい
る。このとき、温度設定回路６内の抵抗６ａ、６ｂ、６
ｃ、６ｄおよびサーミスタ４によってブリッジが構成さ
れ、接続点ａ及び接続点す間の電位差が温度設定信号と
して温度制御回路７に与えられる。なお、抵抗６ｄを含
まない３つの抵抗６ａ、６ｂ、６ｃとサーミスタ４とか
ら構成されるブリッジは、サーミスタ４で検知される温
度が前記設定温度Ｔｏとなったときに平衡状態となるよ
うに、上記抵抗６ａ。In the figure, when a power switch S is turned on, charging is started by a resistor 5a and a capacitor 5b in a timer circuit 5. During this charging period, the relay 5d is driven by the buffer 5c, and its switch portion 6e is closed. At this time, the resistors 6a, 6b, 6 in the temperature setting circuit 6
c, 6d and the thermistor 4 constitute a bridge, and the potential difference between the connection point a and the connection point is given to the temperature control circuit 7 as a temperature setting signal. Note that the bridge composed of three resistors 6a, 6b, and 6c that do not include the resistor 6d and the thermistor 4 is in an equilibrium state when the temperature detected by the thermistor 4 reaches the set temperature To. The above resistor 6a.
６ｂ、６ｃの各値が予め設定されている。また、抵抗６
ｄが上記のように抵抗６ｃに対して並列に接続されたと
きのブリッジでは、サーミスタ４で検知される温度が前
記温度’ｒ＋（＜Ｔｏ）となったときに平衡状態となる
ように、上記抵抗６ｄの値が設定されている。従って、
上記充電期間中は、半導体レーザＬＤが温度Ｔ１になる
ように、温度制御回路７およびベルチェ素子２によって
温度制御される。Each value of 6b and 6c is set in advance. Also, resistance 6
In the bridge when d is connected in parallel to the resistor 6c as described above, the above-mentioned The value of the resistor 6d is set. Therefore,
During the charging period, the temperature of the semiconductor laser LD is controlled by the temperature control circuit 7 and the Bertier element 2 so that the temperature becomes T1.
そして、上記充電が一定期間行われ、コンデンサ５ｂが
所定の電圧に達すると、バッファ５ｃを介してリレー５
ｄが切れ、そのスイッチ部６ｅが開く。すると、抵抗６
ａ、６ｂ、６ｃとサーミスタ４によってブリッジが構成
され、このブリッジが平衡状態になるように、即ちサー
ミスタ４の検−１〇−
知温度が温度Ｔｏになるように、温度制御回路７および
ペルチェ素子２によって温度制御される。Then, when the above-mentioned charging is performed for a certain period of time and the capacitor 5b reaches a predetermined voltage, the relay 5 is charged via the buffer 5c.
d is turned off, and the switch portion 6e is opened. Then, resistance 6
A, 6b, 6c and the thermistor 4 form a bridge, and the temperature control circuit 7 and the Peltier element The temperature is controlled by 2.
なお、上記実施例では、−亘設定温度（ＴＯ）よりも低
い温度（Ｔ１）に温度制御したが、これとは逆に設定温
度（Ｔｏ）よりも一旦高い温度（ＴＯ）（Ｔ２＞Ｔ［ｌ
）になるようにしても、同一のモードを安定して得るこ
とができる。例えばＴｏ＝１７℃、Ｔ２＝２５℃とした
ときは、第５図において最終的に得られるモード番号は
６となり、５になることはない。ただし、なるべく低い
温度に制御した方が、半導体レーザの寿命を延ばすこと
ができる。In the above embodiment, the temperature was controlled to a temperature (T1) lower than the set temperature (TO), but on the contrary, the temperature (TO) was once higher than the set temperature (To) (T2>T[ l
), the same mode can be stably obtained. For example, when To=17° C. and T2=25° C., the mode number finally obtained in FIG. 5 is 6, never 5. However, the life of the semiconductor laser can be extended by controlling the temperature to be as low as possible.
以上説明したように本発明によれば、半導体レーザのモ
ードホップおよびそのヒステリシス特性をうまく回避し
て、安定した同一波長の光を得ることができる。従って
、本発明により波長制御された半導体レーザをホログラ
フィック光学素子の再生光源として用いれば、非常に良
好な特性を得ることができる。As described above, according to the present invention, it is possible to successfully avoid the mode hop of a semiconductor laser and its hysteresis characteristics, and to obtain stable light of the same wavelength. Therefore, if a semiconductor laser whose wavelength is controlled according to the present invention is used as a reproduction light source for a holographic optical element, very good characteristics can be obtained.
第１図は本発明の一実施例を示す概略構成図、第２図は
同実施例に係るタイマ回路および温度設定回路を具体的
に示す回路図、
第３図は同実施例に係る半導体レーザの温度変化を示す
図、
第４図は半導体レーザのパワースペクトルを示す図、
第５図は半導体レーザの縦モードの温度に対する変化を
示す図である。
２・・・ペルチェ素子、
４・・・サーミスタ、
５・・・タイマ回路、
６・・・温度設定回路、
７・・・温度制御回路、
ＬＤ・・・半導体レーザ、
Ｈ・・・ホログラムレンズ。FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a circuit diagram specifically showing a timer circuit and a temperature setting circuit according to the same embodiment, and FIG. 3 is a semiconductor laser according to the same embodiment. FIG. 4 is a diagram showing the power spectrum of the semiconductor laser, and FIG. 5 is a diagram showing the change in the longitudinal mode of the semiconductor laser with respect to temperature. 2... Peltier element, 4... Thermistor, 5... Timer circuit, 6... Temperature setting circuit, 7... Temperature control circuit, LD... Semiconductor laser, H... Hologram lens.
Claims (3)
出力光の波長を得る半導体レーザの波長制御方法におい
て、 前記半導体レーザを所定の設定温度よりも一旦低い温度
もしくは高い温度にし、その後前記設定温度に移行する
ことを特徴とする半導体レーザの波長制御方法。(1) In a semiconductor laser wavelength control method for controlling the temperature of a semiconductor laser and obtaining a wavelength of output light corresponding to the temperature, the semiconductor laser is once brought to a temperature lower or higher than a predetermined set temperature, and then A wavelength control method for a semiconductor laser, characterized by shifting the temperature to a set temperature.
再生光源として使用されていることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の半導体レーザの波長制御方法。(2) The wavelength control method for a semiconductor laser according to claim 1, wherein the semiconductor laser is used as a reproduction light source for a holographic optical element.
いて行うことを特徴とする特許請求の範囲第１項または
第２項記載の半導体レーザの波長制御方法。(3) A wavelength control method for a semiconductor laser according to claim 1 or 2, wherein the temperature control of the semiconductor laser is performed using a Peltier element.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61060834A JPH0824203B2 (en) | 1986-03-20 | 1986-03-20 | Wavelength control method for semiconductor laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61060834A JPH0824203B2 (en) | 1986-03-20 | 1986-03-20 | Wavelength control method for semiconductor laser |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62219679A true JPS62219679A (en) | 1987-09-26 |
| JPH0824203B2 JPH0824203B2 (en) | 1996-03-06 |
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ID=13153782
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61060834A Expired - Fee Related JPH0824203B2 (en) | 1986-03-20 | 1986-03-20 | Wavelength control method for semiconductor laser |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0824203B2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2011029378A (en) * | 2009-07-24 | 2011-02-10 | Mitsubishi Electric Corp | Optical transmitter, stabilized light source, and method for controlling laser diode |
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- 1986-03-20 JP JP61060834A patent/JPH0824203B2/en not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0824203B2 (en) | 1996-03-06 |
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